埋弧焊小車的改進(jìn)和應(yīng)用

袁 莉 王 旬 丁秀云

中國(guó)化學(xué)工程第六建設(shè)有限公司 湖北襄陽(yáng) 441100

在容器制造行業(yè)中，埋弧焊是應(yīng)用最為普遍的一種焊接方法。與焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊等焊接方法相比，埋弧焊有著效率高、外觀成形好、焊接質(zhì)量穩(wěn)定、產(chǎn)生煙塵少、無(wú)弧光、易操作、機(jī)械化自動(dòng)化程度高、勞動(dòng)強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)。其主要使用的焊接裝備為立柱橫梁式操作機(jī)（亦稱為十字臂埋弧焊機(jī)）和埋弧焊小車，兩種機(jī)型配合焊接滾輪架都可以完成容器殼體縱縫、環(huán)縫的焊接[1]。常用的兩種埋弧焊機(jī)適用范圍見表1。

表1 兩種常用埋弧焊機(jī)適用范圍

十字臂埋弧自動(dòng)焊機(jī)與焊接滾輪架配合，適用于大直徑容器殼體縱、環(huán)焊縫焊接（直徑不能超出十字臂升降范圍），見圖1。埋弧焊小車不受十字臂升降的限制，與焊接滾輪架配合可焊接直徑更大的容器殼體；也不受十字臂伸長(zhǎng)的限制，可搭設(shè)軌道進(jìn)行長(zhǎng)直焊縫的焊接，詳見圖2。

圖1 十字臂埋弧焊機(jī)焊接縱縫和環(huán)縫

圖2 焊接小車焊接縱縫和環(huán)縫

十字臂埋弧焊機(jī)需安裝固定后才能使用，不便于搬運(yùn)，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜不能隨意改造。而埋弧焊小車在使用上可不受空間和地點(diǎn)的限制，搬運(yùn)、拆裝方便，易于改造。

1 埋弧焊使用現(xiàn)狀

目前焊接直徑800mm 以上的容器均能使用這兩種機(jī)型進(jìn)行縱縫、環(huán)縫的焊接，直徑400～800mm 容器只能采用氬弧打底加焊條電弧焊蓋面的焊接方式，具體見表2。

為擴(kuò)大埋弧焊在容器中的焊接范圍，提高焊接效率，通過兩種埋弧焊機(jī)型的對(duì)比，確定對(duì)埋弧焊小車進(jìn)行改造，以符合焊接的要求。

2 埋弧焊小車改造

2.1 埋弧焊小車構(gòu)造

埋弧焊小車焊接原理見圖3，常用的埋弧焊小車結(jié)構(gòu)見圖4。

圖3 埋弧焊小車焊接原理圖

圖4 焊接小車結(jié)構(gòu)圖

埋弧自動(dòng)焊小車改進(jìn)主要是針對(duì)焊接小車結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，焊接電源和操作控制系統(tǒng)不變。

2.2 埋弧焊小車改造方案一

2.2.1 機(jī)頭改造因焊接小車過大而無(wú)法進(jìn)入小直徑容器內(nèi)部，可把焊接小車焊接機(jī)頭（包括出絲部分、導(dǎo)電部分和焊劑出料部分）與車體“分離”，將焊接小車焊接機(jī)頭伸入筒體內(nèi)部進(jìn)行焊接。焊接小車的其他部分在筒體外部進(jìn)行操作。

焊接小車機(jī)頭部分包括機(jī)頭托架總成、焊槍桿、導(dǎo)電板、三角形焊劑漏斗、焊劑軟管及其他小配件。將機(jī)頭托架總成以下的焊槍桿、導(dǎo)電板、三角形焊劑漏斗、焊劑軟管等部件全部拆下，在機(jī)頭托架總成和伸入筒體內(nèi)部的焊接機(jī)頭兩部分之間增加連接管；焊絲通過機(jī)頭托架總成中的送絲機(jī)構(gòu)從延長(zhǎng)連接管傳送至焊接機(jī)頭，使之伸入殼體內(nèi)部進(jìn)行引弧焊接。連接管增加長(zhǎng)度不超過2m，因?yàn)殇摪宓陌迕鎸挾纫话阍?.5～2m，只要能滿足殼體的縱縫及第一道環(huán)縫焊接即可，如果連接管太長(zhǎng)則會(huì)出現(xiàn)送絲不順暢和焊接不穩(wěn)定的情況。

伸入殼體內(nèi)部焊接部分，需將送絲裝置延伸連接管前端加工成90°彎頭。此彎頭弧度盡可能小，同時(shí)保證管子的圓度，以不影響出絲為宜；出絲口與焊接部位成90°；前端焊接一個(gè)接頭，接頭下端依次連接導(dǎo)電板、三角形焊劑漏斗和焊劑出料管；伸入殼體的焊接機(jī)頭不用安裝焊槍桿，總高度不超過250mm，保證能伸入殼體內(nèi)部，且在焊接過程中方便觀察，容易調(diào)整操作；增加導(dǎo)線長(zhǎng)度，連接導(dǎo)電板；安裝更小尺寸焊劑漏斗，焊劑充裝量滿足焊接2.5m 長(zhǎng)焊縫即可。焊接機(jī)頭改造見圖5。

圖5 焊接小車機(jī)頭改造示意圖

2.2.2 送絲機(jī)構(gòu)改造

延伸連接管的另一端與機(jī)頭托架上的送絲機(jī)構(gòu)連接。焊接小車未改造前，機(jī)頭托架總成（含送絲機(jī)構(gòu)、電機(jī)、焊劑漏斗及輸送焊劑管）是垂直安裝的，送絲機(jī)構(gòu)將焊絲垂直向下送絲（與筒體待焊部位成90°）；而現(xiàn)在要將焊絲向焊接小車前方送絲，通過延伸連接管送到焊接機(jī)頭。因此，延伸連接管與機(jī)頭托架總成要成90°布置。

先將機(jī)頭托架總成整體順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°安裝，將機(jī)頭托架總成與小車主體分離，取下焊劑漏斗及輸送焊劑管，使送絲機(jī)構(gòu)一面朝上，機(jī)頭托架總成與小車主體調(diào)整為水平連接安裝；再將送絲機(jī)構(gòu)連接螺栓拆開，送絲滾輪等部分順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°安裝，將原本向下送絲改為向焊接小車前方送絲；延伸連接管通過連接絲頭與焊槍桿、送絲機(jī)構(gòu)連接；焊絲通過送絲機(jī)構(gòu)、焊槍桿、延伸連接管一直進(jìn)入到焊接機(jī)頭部分。送絲機(jī)改造前后結(jié)構(gòu)對(duì)比見圖6 和圖7。

圖6 送絲機(jī)改裝前結(jié)構(gòu)

圖7 送絲機(jī)改裝后結(jié)構(gòu)

2.2.3 導(dǎo)軌及支架改造

焊接小車機(jī)頭在焊接時(shí)為了能自由往返移入殼體內(nèi)部，需加裝導(dǎo)軌和導(dǎo)向輪實(shí)現(xiàn)這一功能。具體做法如下：將焊接小車導(dǎo)軌隨著延伸連接管進(jìn)行延伸，并在連接延伸管前端增加一個(gè)固定支架，固定支架下安裝兩個(gè)導(dǎo)向輪，導(dǎo)向輪可在延伸導(dǎo)軌上移動(dòng)，導(dǎo)向輪中間安裝連接軸及軸承。當(dāng)焊接殼體內(nèi)側(cè)縱縫和環(huán)縫時(shí)，延伸導(dǎo)軌伸入殼體內(nèi)部，機(jī)頭焊接部分就可以在導(dǎo)軌上前后平滑移動(dòng)。

機(jī)頭焊接部分隨導(dǎo)向輪的前后移動(dòng)而移動(dòng)，但延伸部分懸空伸入殼體內(nèi)部進(jìn)行施焊時(shí)，必須考慮其移動(dòng)過程中的穩(wěn)定性（包括前后、左右及上下六個(gè)方位的偏移）。延伸導(dǎo)軌要考慮重量盡量輕，同時(shí)要有足夠的剛度，保證不變形，焊接時(shí)不顫動(dòng)。可以采用4mm 厚鋼板折成角鋼作為導(dǎo)軌，并在角鋼下部增加支撐以提高導(dǎo)軌的強(qiáng)度。固定支架下的導(dǎo)向輪用車床加工，軸承采用外徑50mm 的滾動(dòng)軸承。加裝的延伸導(dǎo)軌必須與焊接小車移動(dòng)保持同心。焊接小車可繼續(xù)使用原輔助導(dǎo)軌進(jìn)行移動(dòng)，但是小車移動(dòng)導(dǎo)軌與延伸導(dǎo)軌部分必須同心，這樣才能保證在焊接殼體縱縫時(shí)不跑偏。改造型式如圖8 所示。

圖8 加裝延伸導(dǎo)軌簡(jiǎn)圖

新增一個(gè)焊接小車移動(dòng)平臺(tái)，將導(dǎo)軌固定在移動(dòng)平臺(tái)上，避免焊接小車移動(dòng)時(shí)出現(xiàn)偏移；延伸導(dǎo)軌與移動(dòng)平臺(tái)連接、固定，并且連接固定時(shí)注意延伸導(dǎo)軌的安裝高度，兩者要同軸度、水平度等；安裝過程中要不斷進(jìn)行試移動(dòng)，保證焊接小車移動(dòng)時(shí)焊接槍頭一直在延伸導(dǎo)軌中心處移動(dòng)，如圖9 所示。

圖9 延伸導(dǎo)軌與焊接小車移動(dòng)保持同心

2.3 埋弧焊小車改造方案二

改造方案二主要是為了焊接殼體內(nèi)部環(huán)縫，因此要將焊接小車整體尺寸縮小至DN500 人孔尺寸。將小車的控制系統(tǒng)從車體上取下，其余部分緊縮重新布置，小車高度不變，或?qū)⒉挥绊懞附有凶叩牧悴考咳∠?，將車體寬度縮至530mm 以內(nèi)。

3 改造后埋弧焊小車的應(yīng)用

按方案一改造好的焊接小車焊接殼體縱縫時(shí)，可將設(shè)備殼體放置于一個(gè)移動(dòng)小車上。焊接前，將殼體上的焊縫和焊接小車焊接槍頭調(diào)整至高度一致，試移動(dòng)合格后再進(jìn)行焊接。焊接殼體縱縫內(nèi)側(cè)過程中，當(dāng)容器直徑規(guī)格不一致時(shí)，殼體焊縫高度和焊接小車焊接槍頭高度均需調(diào)整，但放置殼體的移動(dòng)小車高度不能調(diào)整，那么就需要對(duì)焊接小車高度進(jìn)行調(diào)整。所以在焊接小車移動(dòng)平臺(tái)兩側(cè)分別增加可調(diào)整高度支架，以適應(yīng)各種規(guī)格設(shè)備的焊接。

按方案一改造好的焊接小車焊接殼體環(huán)縫時(shí)，先將設(shè)備放置于焊接滾胎架上，焊接時(shí)滾胎帶動(dòng)殼體轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)調(diào)節(jié)焊接小車移動(dòng)平臺(tái)高度，保證小車焊接機(jī)頭可在殼體內(nèi)、外側(cè)進(jìn)行環(huán)焊縫平位焊接，這樣就可以完成各種規(guī)格容器環(huán)焊縫的焊接。具體如圖10 所示。

圖10 埋弧焊小車改造方案一使用示例

按方式二改造好的焊接小車只適用于直徑大于DN800mm 的容器內(nèi)部環(huán)焊縫焊接。

埋弧焊小車改造完成后，首先利用試板進(jìn)行焊接測(cè)試，試驗(yàn)過程中對(duì)焊接小車的施焊高度、行走軌道、焊槍行走軌跡、小車移動(dòng)平臺(tái)水平度，以及延伸軌道水平度、穩(wěn)定性等進(jìn)行調(diào)整。最終測(cè)試成功，達(dá)到改造目的后，方可用于實(shí)物焊接。

隨后對(duì)直徑500mm 分汽缸殼體進(jìn)行焊接，筒體規(guī)格為DN500×8mm，材質(zhì)Q345R，按照焊接工藝規(guī)程進(jìn)行焊接，具體參數(shù)見表3。

表3 直徑500mm 分汽缸殼體焊接工藝參數(shù)

焊接完成后，按照?qǐng)D紙和標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)焊接接頭外觀進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)焊縫寬度均勻，表面光滑美觀，尺寸符合要求，結(jié)果合格。同時(shí)對(duì)焊接接頭進(jìn)行射線無(wú)損檢測(cè)，評(píng)定結(jié)果為合格。

隨后對(duì)直徑600mm 換熱器進(jìn)行焊接，規(guī)格為DN600×8mm，材質(zhì)S30408，焊接參數(shù)見表4。

表4 直徑600mm 換熱器焊接工藝參數(shù)

奧氏體不銹鋼小直徑容器采用埋弧焊，可以免去打底焊焊縫背部充氬保護(hù)的困難，這樣既節(jié)省了焊接成本，又大大提高了焊接效率和焊接質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

改造后埋弧焊小車對(duì)容器的焊接的范圍得到擴(kuò)大，具體見表5。

表5 埋弧焊小車適用范圍

改造后埋弧焊小車既可以在制造車間內(nèi)使用，又可在施工現(xiàn)場(chǎng)使用。當(dāng)焊接大直徑容器時(shí)，還可將埋弧焊小車的增加部分拆除，機(jī)頭托架總成、送絲機(jī)構(gòu)、焊接機(jī)頭部分恢復(fù)原狀，裝卸快捷，轉(zhuǎn)換方便。

埋弧焊小車改造方案解決了直徑400～800mm 容器縱縫、環(huán)縫的焊接，滿足了使用埋弧焊焊接小直徑容器的需求，具有很高的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，為實(shí)現(xiàn)焊接機(jī)械化、自動(dòng)化提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)也是施工生產(chǎn)中降本增效行之有效的方法。今后，將在埋弧焊焊接中不斷地實(shí)踐改進(jìn)，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，不斷提高焊接質(zhì)量和焊接技術(shù)水平。